Методические указания к выполнению лабораторных работ по теоретической электротехнике

Лабораторные по электротехнике
ИССЛЕДОВАНИЕ НЕЛИНЕЙНЫХ ЦЕПЕЙ
ИССЛЕДОВАНИЕ КАТУШКИ
ИССЛЕДОВАНИЕ УТРОИТЕЛЯ ЧАСТОТЫ
ИССЛЕДОВАНИЕ ВЫПРЯМИТЕЛЕЙ
ИССЛЕДОВАНИЕ ЧЕТЫРЕХПОЛЮСНИКА
ИССЛЕДОВАНИЕ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ФИЛЬТРОВ
ЧАСТИЧНЫЕ ЕМКОСТИ В СИСТЕМЕ ПРОВОДНИКОВ
Доказать закон Ома с помощью эксперимента
 

Лабораторная работа 15

ИССЛЕДОВАНИЕ УТРОИТЕЛЯ ЧАСТОТЫ

Цель работы - исследование свойств трехфазных цепей, содержащих нелинейные элементы на примере ферромагнитного утроителя частоты.

1. Пояснения к работе

Если к зажимам катушки со стальным сердечником приложить синусоидальное напряжение достаточной величины, то вследствие нелинейного характера ее сопротивления ток, протекающий через обмотку катушки, принимает несинусоидальную форму. В составе тока появляются высшие нечетные гармоники, из которых наиболее ярко выделяется третья гармоника. Кривая тока имеет, в сравнении с синусоидой, заостренную форму, из-за чего максимумы первой и третьей гармоник совпадают.

Магнитный поток в сердечнике имеет синусоидальную форму вследствие того, что наводимая им ЭДС самоиндукции в обмотке катушки должна уравновесить приложенное к катушке синусоидальное напряжение сети. Если же катушка со стальным сердечником питается от источника синусоидального тока, то поток в сердечнике принимает несинусоидальную, уплощенную форму из-за насыщения сердечника, поэтому напряжение на зажимах катушки в этом случае также имеет несинусоидальную форму.

Сказанное выше иллюстрируется построениями, выполненными для двух случаев: при питании катушки со стальным сердечником синусоидальным напряжением (рис. 15.1, а) и синусоидальным током (рис. 15.1,б).

Если три одинаковые катушки включить звездой, то при наличии нулевого провода, к каждой катушке будет приложено синусоидальное фазное напряжение сети. При этом токи, протекающие через обмотки, будут иметь несинусоидальную форму. Через нулевой провод будут замыкаться токи третьей и кратным трем гармоник каждой фазы. Если же отключить нулевой провод, то фазные токи станут практически синусоидальными, так как указанные гармоники тока не могут замыкаться по цепи. Следовательно, магнитные потоки всех катушек примут несинусоидальную форму, поэтому и
фазные ЭДС катушек будут несинусоидальными и иметь ярко выраженную третью гармонику.

Это явление положено в основу устройства электромагнитного утроителя частоты. Утроитель частоты представляет собой три одинаковых насыщенных однофазных трансформатора, первичные обмотки которых соединены в звезду без нулевого провода. Напряжение утроенной частоты снимается с вторичных

 обмоток, соединенных в открытый (разомкнутый) треугольник (рис. 15.2). При таком способе соединения вторичных обмоток сумма напряжений всех гармоник, не кратным трем, обращается в нуль, а третья гармоника, образующая нулевую последовательность, суммируется, и напряжение на вторичных зажимах Uaz равно сумме напряжений третьей гармоники каждой фазы (без учета высших гармоник, кратных трем).


Если звезда, составленная из нелинейных элементов, питается от трехфазного источника с выведенной нулевой точкой, то утроение частоты можно получить, не прибегая к трансформации напряжений. При синусоидальных ЭДС источника питания с частотой f между нейтральными точками генератора и трансформаторов возникает напряжение, изменяющееся с частотой 3f, амплитуда которого тем больше, чем сильнее насыщение сердечника.

2. Порядок выполнения работы

2.1. Собрать схему рис. 15.2.

2.2. Снять на кальку с экрана осциллографа кривую фазного тока первичной цепи утроителя, подключив вход осциллографа параллельно зажимам реостата r:

а) при включенном нулевом проводе;

б) при выключенном нулевом проводе.

Дать объяснение различию форм полученных кривых.

2.3. При одном и том же усилении осциллографа снять на кальку кривые фазного напряжения Uф = Uах, подключив вход осциллографа к зажимам ах:

а) при выключенном нулевом проводе;

б) при включенном нулевом проводе.

2.4. При выключенном нулевом проводе снять на кальку кривую напряжения Uaz, подключив вход осциллографа к зажимам a-z. Охарактеризовать полученную кривую.

2.5. При том же усилении осциллографа, что и в п.2.4, снять на кальку кривую напряжения Uaz при включенном нулевом проводе.

Дать краткую характеристику полученной кривой.

Указание: на каждой из осциллограмм, снятых в п.2.2 и п.2.5, должны быть приведены масштабы по напряжению mU и по времени mt, определяемые положением переключателей осциллографа.

6. По осциллограмме (п.2.3а) графо-аналитическим методом рассчитать амплитуду третьей гармоники напряжения Uax и сравнить ее с амплитудой напряжения Uaz (осциллограмма п.2.4).

3. Вопросы для самопроверки

3.1. На чём основан принцип действия ферромагнитного утроителя частоты?

3.2. Какие гармоники содержат токи первичных обмоток исследуемой схемы утроителя частоты:

а) при включенном нулевом проводе;

б) при выключенном нулевом проводе.

3.3. Какие гармоники тока замыкаются через нулевой провод рассматриваемого утроителя?

3.4. Какие гармоники содержатся в фазных напряжениях вторичных обмоток утроителя?

3.5. Присутствует ли на выходе утроителя напряжение первой гармоники? Если нет, то почему?

3.6. Каково назначение стального сердечника в утроителе частоты?

Решение задач по электротехнике